Генетичні особливості мутагенезу, індукованого новими полімерними сполуками

Виявлена залежність мутагенної дії іммобілізованих барвників як від особливостей їх біотрансформації, так і від можливостей трансформуючих систем різних тест-об'єктів, що обумовлені видовими, тканинними та функціональними особливостями. За характером проявлення мутагенного ефекту іммобілізовані сполуки були розподілені на дві групи: немутагенні (гелєутворюючі речовини) та речовини, які проявляють високу мутагенну активність, але не в усіх тестах (іммобілізовані барвники). Показано, що іммобілізація канцерогенних барвників на полімерних матрицях (крохмаль, целюлоза, желатин) не є універсальним засобом модифікації, здатним обмежити їх метаболізм і, таким чином, інгібувати індукцію мутагенної дії. Встановлено рівень генетичної небезпеки іммобілізованих барвників для людини.

Виявлена здатність деяких антиоксидантів (аскорбінової кислоти та іонолу) модифікувати мутагенний ефект іммобілізованих барвників.

Ключові слова: мутагенез, канцерогенні барвники, інгібування, іммобілізація, модифікація.

АННОТАЦИЯ

Стрижельчик Н.Г. Генетические особенности мутагенеза, индуцированного новыми иммобилизованными соединениями. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.15 - генетика. Научный центр радиационной медицины АМН Украины, Киев, 2006.

Диссертация посвящена изучению возможности ингибирования мутагенного действия канцерогенных азо- и антрахиноновых красителей в прединициационный период - путем их иммобилизации на натуральных полимерных матрицах (крахмал, целлюлоза, желатин) и на стадии инициации - путем использования в качестве модификаторов веществ, обладающих антиоксидантными и мембранотропными свойствами (аскорбиновая кислота и ионол). При создании новых иммобилизованных красителей использована гипотеза о “транспортном” механизме эффекта иммобилизации, заключающемся в снижении скорости поступления мутагенов в клетку.

В основу методического подхода в работе положена разработанная схема тестирования, которая включает поэтапное использование в системах in vitro и in vivo четырех тест-объектов (микроорганизмы, культура клеток, насекомые, млекопитающие).

Выявлена зависимость мутагенного действия иммобилизованных красителей как от особенностей их биотрансформации, так и от возможностей трансформирующих систем различных тест-объектов, обусловленных видовыми, тканевыми и функциональными особенностями. По характеру проявления мутагенного эффекта изучаемые вещества были разделены на две группы: немутагенные соединения (гелеобразующие вещества) и соединения, которые проявляют достоверную мутагенную активность, но не во всех тестах (иммобилизованные красители). Показано, что иммобилизация канцерогенных красителей на полимерных матрицах (крахмал, целлюлоза, желатин) не является универсальным способом модификации, способым ограничить их метаболизм и, таким образом, ингибировать образование мутагенного эффекта. Установлен уровень генетической опасности иммобилизованных красителей для человека.

Выявлена способность некоторых антиоксидантов (аскорбиновой кислоты и ионола) модифицировать мутагенный эффект иммобилизованных красителей.

Ключевые слова: мутагенез, канцерогенные красители, ингибирование, иммобилизация, модификация.

ABSTRACT

Strizhelchik N.G. Genetic peculiarities of mutagenesis induced by novel polymer compounds. - Manuscript.

Thesis for the Degree of Candidate of Science (Biology) on Speciality 03.00.15 - Genetics. Scientific Center for Radiation Medicine of the AMS of Ukraine, Kiev, 2006.

The dissertation is devoted to the investigation of possible inhibition of mutagenic effect caused by carcinogenic azo- and anthraquinone dyes at the preinitiation stage - by their immobilization on natural polymer matrices (starch, cellulose, gelatin), and at the initiation stage - by using antioxidative and membranotropic compounds (ascorbic acid and ionol) as modifiers. The supposition was based on the hypothesis of "transport" mechanism of immobilization effect resulted in lowering rate of mutagen transport into cells.

A new test including successive in vitro and in vivo usage of four test-systems (microorganisms, human lymphocyte culture, insects, and mammals) was worked out. A test battery was used in this work: gene mutations in indicator microorganisms (Ames test - Salmonella/mammal microsomes); chromosomal aberrations in human lymphocyte culture; recessive sex-associated lethal mutations and dominant lethal mutations in Drosophila; chromosomal aberrations in mice bone marrow cells; dominant lethal mutations in mice embryo cells.

It was shown that mutagenic action of immobilized dyes on peculiarities of their biotransformation and on potentialities of transforming systems in different vital objects depended on species, tissue and functioning. Various sensitivity of test systems to immobilized dyes was established. Immobilized dyes did not induce gene mutations in Ames Salmonella/mammal microsome test both with metabolic activation by S-9 rat liver fraction and without it. Howerever those dyes induced recessive sex-associated lethal mutations and dominant lethal mutations in exposed to dyes Drosophila males, and they increased the frequency of embryo and postembryo lethality in exposed larvae depending on doses. So, carcinogenic metabolite spectrum activated by subcellular fractions was not similar to that obtained in the whole cell.

The ability to induce the cytogenetic effect was established for immobilized dyes. In a human lymphocyte culture the immobilized dyes increased the frequency of chromosomal aberrations depending on doses. That effect correlated positively with the dye concentration. A high tissue specificity of immobilized dyes damaging effect was shown in mammals in vivo studies. The higher gamete sensitivity to the immobilized dyes was established than in somatic cells. On 10-day administration per os of immobilized dyes a tendency to the rise of chromosomal aberrations was shown in mice bone marrow cells. The investigated dyes increased significantly the frequency of dominant lethal mutations in mice embryo cells.

The genetic level of danger to humans was established for the new immobilized dyes (red starch, red cellulose, red gelatin, blue gelatin), being ”weak mutagens”. The synthesis of those new dyes included the usage of carcinogenic azo- and anthraquinone dyes. Investigated xenobiotics fell into two categories by the character of mutagenic effect expression: non-mutagenic compounds (jellificating substances) and substances expressing high mutagenic activity immobilized dyes, though not in all test-objects. So, immobilization of carcinogenic dyes in polymer matrices could not limit their metabolism and, by such a way, prevent formation of metabolites leading to mutagenic effect. Varying non-specific modifiers (polymeric matrices such as starch, cellulose, gelatin) did not result in the decrease of mutagenic activity of immobilized dyes.

As far as the genetic effects of abundant chemical mutagens/carcinogens are mediated through the developed oxidative stress, which consists in free radical attack on genetic structures, the substances with the antioxidative activity (ascorbic acid and ionol) were used as modifiers in the present work. The combined effect of immobilized dyes with antioxidants upon Drosophila males resulted in the frequency decrease of dominant lethal mutations, which were induced by the dyes in Drosophila spermatozoa.

The carcinogenic azo- and anthraquinone dyes, immobilized on polymeric matrices had the ability for transformation (in eukaryotic cells), which led to formation of secondary metabolites interacting with modifiers of chemical mutagenesis (ascorbic acid and ionol). The combined effect of immobilized dyes and antioxidants resulted in the significant frequency decrease of dominant lethal mutations, which were induced by dyes in Drosophila males.

According to WHO recommendations, it is inadmissible to use widely the substances with detected mutagenic/carcinogenic activity of any hazard level. As the immobilized dyes were devised for food industry and taking into account the high sensitivity of gametes to the mutagenic influence of immobilized dyes, their genetic danger exists on both individual and population levels. Basing on the obtained results, the further working out of immobilized dyes and their introduction into practice were forbidden.

Key words: mutagenesis, carcinogenic dyes, inhibition, immobilization, modification.

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ

Размещено на Allbest.ru